賈 倩，王小輝，趙山杉

（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展部，北京 100076）

1 概念提出

知識(shí)模型是指對(duì)知識(shí)進(jìn)行形式化和結(jié)構(gòu)化抽象后形成的知識(shí)表示形式。構(gòu)建知識(shí)模型可以抽取知識(shí)要素及其之間的關(guān)系，一方面便于計(jì)算機(jī)對(duì)知識(shí)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)關(guān)系的識(shí)別、解析、推斷，為知識(shí)圖譜構(gòu)建、知識(shí)推理及推送等提供支撐；另一方面便于使用人對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行全盤性、完整性地了解，支撐個(gè)人知識(shí)體系的構(gòu)建，輔助能力快速提升。

航天產(chǎn)品研制是典型的系統(tǒng)工程，具有流程復(fù)雜、專業(yè)眾多、知識(shí)密集等特點(diǎn)，一項(xiàng)型號(hào)的研制往往涉及數(shù)十個(gè)專業(yè)、數(shù)百項(xiàng)流程，形成上百項(xiàng)研試文件、技術(shù)圖紙、工具軟件等知識(shí)資源，這些知識(shí)資源來(lái)源于各個(gè)專業(yè)、各個(gè)崗位、各個(gè)流程，在模版格式、屬性類別、應(yīng)用領(lǐng)域等方面存在各式各樣的差異，屬于典型的多源異構(gòu)化知識(shí)。為了便于后續(xù)的知識(shí)解析與挖掘，需要對(duì)知識(shí)資源進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，以統(tǒng)一、規(guī)范知識(shí)數(shù)據(jù)包（也就是知識(shí)模型），實(shí)現(xiàn)知識(shí)的存儲(chǔ)與固化，為后續(xù)的知識(shí)應(yīng)用提供支撐。

2 知識(shí)模型構(gòu)建方法研究現(xiàn)狀

知識(shí)模型的構(gòu)建往往包括知識(shí)模型梳理及知識(shí)模型表示。其中，知識(shí)模型梳理主要進(jìn)行領(lǐng)域知識(shí)要素及要素間關(guān)系的提取與分析；知識(shí)模型表示則負(fù)責(zé)將提取出的概念體系以計(jì)算機(jī)可識(shí)別的方式進(jìn)行表達(dá)。相對(duì)而言，知識(shí)表達(dá)即合理有效地表示知識(shí)，是知識(shí)模型構(gòu)建的核心，也更為重要［1］。在知識(shí)模型梳理方面，已有研究往往借鑒傳統(tǒng)教學(xué)模式中的樹形知識(shí)模型［2］，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)一步擴(kuò)展和豐富。在知識(shí)模型表示方面，目前的表示方式主要包括基于邏輯的知識(shí)表示、基于關(guān)系的知識(shí)表示、面向?qū)ο蟮闹R(shí)表示、基于規(guī)則的知識(shí)表示和基于本體的知識(shí)表示等［3］。近年來(lái)，由于本體的語(yǔ)義豐富性優(yōu)勢(shì)凸顯，其已成為公認(rèn)的開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下知識(shí)表示的規(guī)范［4］，因此越來(lái)越多的學(xué)者采用基于本體的知識(shí)表示用于構(gòu)建知識(shí)模型。

在基于本體的知識(shí)模型構(gòu)建方面，學(xué)術(shù)研究集中于理論方法和工程實(shí)踐兩大維度。理論方法研究起步較早，許多學(xué)者從基于本體的知識(shí)搜索、知識(shí)表達(dá)、知識(shí)推理等方面進(jìn)行了研究，如徐東［5］提出了一種基于本體的知識(shí)智能搜索方法；袁磊等［6］提出一種面向領(lǐng)域知識(shí)的本體知識(shí)模型可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（XML）表示框架；張星等［7］提出了一種基于本體的科學(xué)效應(yīng)知識(shí)表達(dá)和語(yǔ)義推理方法；于鑫剛等［8］提出一種基于本體的知識(shí)庫(kù)模型構(gòu)建方法。上述理論研究為后面的工程實(shí)踐提供了豐富的理論指導(dǎo)。近年來(lái)，伴隨著理論的成熟與完善，越來(lái)越多的學(xué)者關(guān)注工程實(shí)踐，將知識(shí)模型應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域，如賈磊等［9］提出了一種面向復(fù)雜零件的知識(shí)模型構(gòu)建方法；彭菲等［10］提出了基于本體的海軍軍械維修保障知識(shí)模型構(gòu)建方法；孫杭等［11］針對(duì)運(yùn)載火箭的晃動(dòng)分析計(jì)算，提出了晃動(dòng)計(jì)算程序的領(lǐng)域知識(shí)模型；王劍輝［12］提出一種基于本體的教學(xué)系統(tǒng)知識(shí)模型構(gòu)建方法。從上述主要研究可以看到，知識(shí)模型的領(lǐng)域相關(guān)性很大，不同領(lǐng)域的知識(shí)其自身特點(diǎn)與應(yīng)用需求不同，構(gòu)建的原則和方法也不盡相同。

3 知識(shí)模型構(gòu)建原則

對(duì)于航天領(lǐng)域知識(shí)而言，結(jié)合航天產(chǎn)品需求，本研究提出其知識(shí)模型的構(gòu)建應(yīng)遵循全面性、體系化、可重用、動(dòng)態(tài)更新等原則。

（1）全面性：知識(shí)模型應(yīng)面向具體業(yè)務(wù)需求，包含的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)完整全面，涵蓋在目前認(rèn)知范圍內(nèi)、業(yè)務(wù)需求對(duì)應(yīng)的全部知識(shí)要素。

（2）體系化：知識(shí)要素之間、知識(shí)要素與知識(shí)資源之間均應(yīng)建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)從某一知識(shí)要素對(duì)其他知識(shí)要素的延伸與拓展，以及通過(guò)知識(shí)要素定位到具體知識(shí)資源。

（3）可重用：知識(shí)模型應(yīng)作為針對(duì)某一特定問(wèn)題的通用解決方案，在出現(xiàn)該特定問(wèn)題時(shí)可重復(fù)應(yīng)用。

（4）動(dòng)態(tài)更新：知識(shí)模型應(yīng)隨著知識(shí)內(nèi)容的拓展深入而不斷更新，包括知識(shí)要素的增加，也包括關(guān)聯(lián)關(guān)系的豐富，同時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)各更新版本的可溯源。

本文提出一種兼顧時(shí)間和空間的新型交通組織模式，即在主輔路匯入點(diǎn)設(shè)置預(yù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輔道進(jìn)入交通主干道節(jié)點(diǎn)聯(lián)動(dòng)組織，并在車流仿真平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試分析，從而得出結(jié)論. 本文研究的目的在于探尋城市干道節(jié)點(diǎn)與輔道交通組織模式，變革干道節(jié)點(diǎn)信號(hào)組織方式，為城市干道建設(shè)面臨的空間儲(chǔ)備不足局面，整理出可行的彈性設(shè)計(jì)指引.

4 基于本體的知識(shí)模型構(gòu)建方法

本體本質(zhì)上是對(duì)概念及其相互間關(guān)系的一種形式化、規(guī)范化描述，以此來(lái)表達(dá)某一領(lǐng)域的知識(shí)體系［13］。形式化、規(guī)范化是指機(jī)器可以理解、處理［14］。在知識(shí)模型構(gòu)建方面，本體的目標(biāo)是獲取、描述相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，提供該領(lǐng)域知識(shí)的共同理解，確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的要素，并從不同層次的形式化模式上給出這些要素和要素間相互關(guān)系的明確定義［15］，隨后，對(duì)這些要素和關(guān)系進(jìn)行形式化、規(guī)范化地封裝，從而形成統(tǒng)一的格式化表示模型?；诒倔w思想，知識(shí)模型構(gòu)建可分為4 個(gè)步驟，如圖1 所示。

圖1 知識(shí)模型構(gòu)建流程

4.1 知識(shí)分類

分類指的是將不同的抽象或?qū)嵨镞M(jìn)行區(qū)分或聚集的活動(dòng)［16］。其依據(jù)是物體之間的關(guān)系，這些關(guān)系可以是明顯可見的，也可以是推測(cè)而來(lái)的［17］。如果分類的對(duì)象是知識(shí)時(shí)，那么分類活動(dòng)就是知識(shí)分類［18］?？梢哉f(shuō)，知識(shí)分類是根據(jù)特定的需要和標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)分類活動(dòng)，把人類的全部知識(shí)按照相同、相異、相關(guān)等屬性劃分成為不同類別的知識(shí)體系，以此顯示其在知識(shí)整體中的應(yīng)有位置和相互關(guān)系［19］。知識(shí)分類不同，知識(shí)屬性也不同。因此，在知識(shí)要素提取之前，有必要先開展知識(shí)分類工作。

對(duì)于航天產(chǎn)品而言，分類維度包括基于專業(yè)維度的知識(shí)分類、基于來(lái)源維度的知識(shí)分類、基于產(chǎn)品維度的知識(shí)分類、基于崗位維度的知識(shí)分類等?？紤]到知識(shí)要素應(yīng)盡可能相異，本研究主要從載體形式維度開展知識(shí)分類。按照載體形式的不同，知識(shí)資源可包括但不限于如下類別。

（1）文檔類知識(shí)：以文字為主的報(bào)告類知識(shí)，具體又可細(xì)分為技術(shù)報(bào)告類知識(shí)、技術(shù)成果類知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)類知識(shí)等。其中，技術(shù)報(bào)告類知識(shí)包括各類論證報(bào)告、研究報(bào)告、總結(jié)報(bào)告等；技術(shù)成果類知識(shí)包括學(xué)術(shù)論文、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等；經(jīng)驗(yàn)總結(jié)類知識(shí)包括質(zhì)量問(wèn)題、故障案例、最佳實(shí)踐等。

（2）軟件類知識(shí)：支撐產(chǎn)品研制的工具、軟件等。

（3）圖紙類知識(shí)：航天產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙等。

（4）實(shí)物類知識(shí)：研制出的產(chǎn)品樣件、樣機(jī)等實(shí)物。

4.2 知識(shí)要素提取

知識(shí)屬性要素可以理解為知識(shí)資源的元數(shù)據(jù)，能夠代表知識(shí)最關(guān)鍵的信息，同時(shí)又可以作為本體構(gòu)建的元素。知識(shí)要素的提取與兩大方面因素有關(guān)，一是知識(shí)資源本身的特點(diǎn)，二是知識(shí)資源的應(yīng)用場(chǎng)景。知識(shí)資源本身的特點(diǎn)主要包括知識(shí)所屬領(lǐng)域、專業(yè)、分類等，這些屬性決定了知識(shí)資源所包含的關(guān)鍵要素；知識(shí)資源的應(yīng)用場(chǎng)景主要指知識(shí)哪些屬性可作為后續(xù)查詢、解析、挖掘的依據(jù)，這些屬性同樣支撐了知識(shí)資源關(guān)鍵要素的獲取。以下分別探討文檔、軟件、圖紙、實(shí)物等不同類別知識(shí)的屬性要素。

（1）文檔類知識(shí)。文檔類知識(shí)的屬性要素可分為五大類，分別是基本信息、領(lǐng)域方向、概要內(nèi)容、文檔結(jié)構(gòu)、參考文獻(xiàn)。各類別的細(xì)化要素如圖2 所示。其中，基本信息包括標(biāo)題、作者、密級(jí)、領(lǐng)域方向、發(fā)表時(shí)間等文檔的基本屬性；作者信息包括作者所屬組織、專業(yè)、崗位、歷史業(yè)績(jī)等，便于后續(xù)與其他文檔創(chuàng)作者進(jìn)行關(guān)聯(lián)；概要內(nèi)容為體現(xiàn)文檔的主要內(nèi)容，包括摘要及關(guān)鍵詞；文檔結(jié)構(gòu)即為文檔的章節(jié)信息，包括章、節(jié)目錄，以及每章、節(jié)下的總結(jié)和概述性描述；參考文獻(xiàn)是對(duì)其他文檔的參考引用以及被其他文檔參考引用的情況。

圖2 文檔類知識(shí)屬性要素示例

（2）軟件類知識(shí)。軟件類知識(shí)的屬性要素可分為四大類，分別是基本信息、算法模型原理、主要功能和版本更新歷程。如圖3 所示，基本信息包括軟件的名稱、開發(fā)者、領(lǐng)域方向、當(dāng)前版本號(hào)等；算法模型原理包括軟件開發(fā)所依據(jù)的定理、公式、算法、模型等；主要功能包括軟件主要針對(duì)的需求、具備的功能以及達(dá)到的效果；版本更新歷程包括軟件各輪更新的背景、更新的版本、解決的問(wèn)題、仍存在的問(wèn)題、相關(guān)討論記錄、更新者及更新日期等。

圖3 軟件類知識(shí)屬性要素示例

（3）圖紙類知識(shí)。圖紙類知識(shí)的屬性要素可分為四大類，分別是基本信息、設(shè)計(jì)依據(jù)、主要部件和版本更新歷程。如圖4 所示，基本信息包括圖紙名稱、密級(jí)、產(chǎn)品、型號(hào)、繪制者、當(dāng)前版本、完成日期等；設(shè)計(jì)依據(jù)即為圖紙繪制的依據(jù)，包括背景需求、參照的其他產(chǎn)品及型號(hào)、相關(guān)的討論記錄、繪制方案等；主要部件包括圖紙涉及的主要產(chǎn)品、涉及的分系統(tǒng)、各分系統(tǒng)涵蓋的部件；版本更新歷程包括圖紙各輪更新的背景、更新的版本、解決的問(wèn)題、仍存在的問(wèn)題、更新者、更新日期等。

圖4 圖紙類知識(shí)屬性要素示例

4.3 知識(shí)模型構(gòu)建

完成知識(shí)要素提取后，還需要分析要素之間的關(guān)系。對(duì)于大部分知識(shí)類別而言，要素間的關(guān)系主要分為包含關(guān)系、平行關(guān)系（同類關(guān)系），還有許多關(guān)系是難以給出具體定義的，被統(tǒng)稱為“相關(guān)關(guān)系”。根據(jù)知識(shí)要素間的關(guān)系，可以將看似相差很遠(yuǎn)的要素關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的擴(kuò)展，使構(gòu)建的知識(shí)模型更加全面化、系統(tǒng)化。

5 知識(shí)模型構(gòu)建實(shí)例

5.1 單類別知識(shí)模型構(gòu)建

以文檔類知識(shí)為例，知識(shí)要素之間的關(guān)系如表1 所示。

表1 文檔類知識(shí)要素間關(guān)系分析

根據(jù)要素及其之間關(guān)系構(gòu)建文檔類知識(shí)模型（見圖5）。由于要素不斷延伸和拓展，因此圖5 僅列出了部分內(nèi)容。

圖5 文檔類知識(shí)模型示例

5.2 綜合性知識(shí)模型構(gòu)建

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，使用者需要的往往不是單一類別的知識(shí)資源，而是不同知識(shí)資源的組合，因此，所需的知識(shí)模型也是綜合性的模型。以面向新員工的崗位知識(shí)體系為場(chǎng)景，探討綜合性的崗位知識(shí)模型的構(gòu)建。

崗位知識(shí)模型是指員工為適應(yīng)崗位需要應(yīng)具備的知識(shí)體系。本研究認(rèn)為，崗位知識(shí)模型應(yīng)包括崗位信息、上下游關(guān)系、支撐知識(shí)體系三大方面。其中，崗位信息包括崗位名稱、所屬專業(yè)、主要職責(zé)、主要業(yè)務(wù)流程等；上下游關(guān)系包括崗位的上游崗位、輸入知識(shí)、下游崗位、輸出知識(shí)等；支撐知識(shí)體系包括適應(yīng)崗位需求所需的文檔、軟件、圖紙等各類知識(shí)資源，如文檔類知識(shí)、軟件類知識(shí)、圖紙類知識(shí)、其他知識(shí)等（見圖6）。

圖6 崗位知識(shí)模型構(gòu)建示例

6 結(jié)論和討論

近年來(lái)，隨著信息和知識(shí)的急劇增加，以及“知識(shí)圖譜”“知識(shí)推理”等概念的興起，知識(shí)模型在知識(shí)應(yīng)用中的作用越來(lái)越顯著。盡管對(duì)于知識(shí)模型的概念業(yè)界尚未形成統(tǒng)一的定義，但知識(shí)模型的結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化、通用化等特點(diǎn)得到了學(xué)術(shù)界和企業(yè)界廣泛共識(shí)，也正是基于上述特點(diǎn)，知識(shí)模型在快速搜索、精準(zhǔn)定位、個(gè)性化推送、圖譜化展示中發(fā)揮的作用越來(lái)越大，不同領(lǐng)域的知識(shí)管理研究人員紛紛開始探討面向本領(lǐng)域業(yè)務(wù)需求的知識(shí)模型構(gòu)建方法。本研究面向航天產(chǎn)品的需求提出了知識(shí)模型構(gòu)建原則及表示方式，探討了基于本體的知識(shí)模型構(gòu)建方法，并展示了知識(shí)模型具體構(gòu)建實(shí)例。目前，本研究所構(gòu)建的知識(shí)模型已成功應(yīng)用于航天產(chǎn)品知識(shí)管理中，實(shí)現(xiàn)了不同知識(shí)資源的統(tǒng)一封裝與表達(dá)，推動(dòng)了知識(shí)資產(chǎn)的固化與重用，支撐了知識(shí)自動(dòng)分類、知識(shí)搜索、知識(shí)推送、知識(shí)圖譜等應(yīng)用。

知識(shí)要素抽取是知識(shí)模型構(gòu)建中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于航天領(lǐng)域知識(shí)資源格式相對(duì)規(guī)范，本研究采用人工方式的知識(shí)抽取，其優(yōu)點(diǎn)是提取的要素較為準(zhǔn)確，不需要再進(jìn)行清洗、融合等操作，缺點(diǎn)是需要耗費(fèi)人工精力，因此多適用于知識(shí)體量不太大的情況。而隨著企業(yè)知識(shí)體量的不斷擴(kuò)充，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自動(dòng)知識(shí)抽取技術(shù)勢(shì)必會(huì)成為大勢(shì)所趨，這也是后續(xù)的研究重點(diǎn)。